宇宙高可靠FPGA設計技巧

目錄



第1章緒論1

1.1FPGA的發(fā)展歷程2

1.1.1Microsemi公司4

1.1.2Xilinx公司5

1.1.3宇航用FPGA現(xiàn)狀6

1.2宇航用FPGA發(fā)展趨勢8

1.2.1高容量、高密度、高速度、低功耗8

1.2.2高軟件復用率8

1.2.3高系統(tǒng)集成度8

1.2.4高可靠性8

參考文獻10
第2章反熔絲FPGA芯片技術11

2.1FPGA基礎技術介紹11

2.1.1FPGA編程技術11

2.1.2FPGA邏輯單元14

2.1.3FPGA布線架構16

2.2反熔絲FPGA的結構19

2.2.1整體架構19

2.2.2布線通道及互連線資源19

2.2.3可編程邏輯單元21

2.2.4I/O模塊21

2.2.5時鐘網(wǎng)絡23

2.3反熔絲FPGA編程技術25

2.3.1反熔絲器件25

2.3.2反熔絲編程電壓26

2.3.3反熔絲FPGA編程技術28

2.3.4比特位流文件介紹28

2.4FPGA器件抗輻照情況30

2.4.1空間輻射環(huán)境概述30

2.4.2電離輻射效應31

2.4.3反熔絲FPGA的抗輻照指標實例32

2.5典型設計實例32

參考文獻36
第3章FPGA可靠性設計通用技術38

3.1復位設計38

3.1.1復位38

3.1.2高電平復位與低電平復位41

3.1.3復位時長設計依據(jù)43

3.1.4遠程遙控復位44

3.2信號消抖設計45

3.2.1抖動的產(chǎn)生45

3.2.2信號抖動的危害45

3.2.3抖動的消除辦法46

3.3可靠性編碼與狀態(tài)機設計47

3.3.1狀態(tài)機描述方式47

3.3.2狀態(tài)機編碼方式54

3.3.3格雷碼54

3.3.4獨熱碼55

3.4亞穩(wěn)態(tài)與競爭冒險56

3.4.1亞穩(wěn)態(tài)案例及亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生的原因57

3.4.2減少亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生的措施58

3.4.3競爭冒險產(chǎn)生原理59

3.4.4競爭冒險判定方法及解決辦法62

3.5資源優(yōu)化63

3.5.1串并轉換63

3.5.2乒乓操作64

3.5.3流水線操作65

3.6時序分析與時序約束基本理論65

3.6.1時序分析基本理論66

3.6.2建立時間、保持時間、傳輸延時、組合邏輯延時67

3.6.3數(shù)據(jù)信號可靠傳輸?shù)臈l件68

3.6.4時序約束及改善時序的辦法69

參考文獻75
第4章抗單粒子翻轉技術76

4.1空間輻照對FPGA的影響76

4.2常用抗單粒子翻轉技術77

4.2.1三模冗余77

4.2.2重配置容錯84

4.2.3編碼容錯88

參考文獻94
第5章FPGA容錯技術96

5.1FPGA故障檢測與定位97

5.1.1FPGA器件級故障檢測原理97

5.1.2FPGA應用過程故障檢測101

5.1.3反熔絲FPGA驗證方案102

5.2FPGA容錯與糾錯103

5.2.1EDAC原理及實現(xiàn)103

5.2.2EDAC編碼模塊106

5.2.3EDAC譯碼模塊106

5.2.4通信糾錯容錯107

5.3冗余備份與仲裁108

5.3.1串并聯(lián)冗余108

5.3.2雙機熱備份系統(tǒng)111

5.3.3三機備份系統(tǒng)113

參考文獻115
第6章宇航用FPGA重配置技術116

6.1FPGA重配置類型及原理116

6.1.1FPGA重配置類型116

6.1.2FPGA重配置原理116

6.1.3局部或遠程重配置應用特點119

6.2FPGA局部重配置120

6.2.1局部重配置設計方法120

6.2.2基于模塊化局部重配置實現(xiàn)121

6.2.3基于EAPR方式局部重配置實現(xiàn)131

6.3FPGA遠程重配置138

6.3.1遠程重配置實現(xiàn)方式138

6.3.2基于被動模式的遠程重配置實現(xiàn)139

6.3.3基于邊界掃描的遠程重配置實現(xiàn)140

參考文獻144
第7章高可靠性FPGA的測試145

7.1FPGA測試特性145

7.2FPGA測試流程與方法146

7.2.1測試需求分析147

7.2.2編碼規(guī)則檢查148

7.2.3人工審查151

7.2.4仿真驗證151

7.2.5時序驗證160

7.2.6邏輯等價性驗證165

7.2.7板級確認測試170

7.2.8其他類測試171

7.3本章小結173

參考文獻174